探讨城市集中供热管网的优化设计

张皓

摘 要：随着城市化进程的不断加快，城市供热需求呈现出日益增长的趋势。城市集中供热作为一种高效、经济的供热方式，得到了广泛应用。然而由于城市供热管网的规模较大、复杂度较高，时常存在着能源浪费、供热效果不佳等问题。因此，对城市集中供热管网进行优化设计具有重要的理论和实际意义。首先阐述了城市集中供热管网的优势，接着对当前供热管网设计存在的问题进行分析，并在优化设计上给出了相应对策，希望能给相关领域人员一定的参考和借鉴。

关键词：城市供热  集中供热管网  优化设计  能源消耗

中图分类号：S611

Discussion on the Optimization Design of Urban Centralized Heating Pipe Networks

ZHANG Hao

（Tianshui Branch， Shaanxi Guoxiang Boiler Group Co.， Ltd.， Tianshui， Gansu Province， 741000 China）

Abstract： With the continuous acceleration of urbanization， the demand for city heating is showing an increasing trend. As an efficient and economical heating method， urban centralized heating has been widely used. However， due to the large scale and high complexity of urban heating pipe networks， there are often problems such as energy waste and poor heating effect， so the optimization design of urban centralized heating pipe networks has important theoretical and practical significance. Firstly， the advantages of urban centralized heating pipe networks are elaborated， then problems in the current design of heating pipe networks are analyzed， and corresponding strategies are given for optimization design. hoping to provide some reference and models for relevant personnel in the field.

Key Words： City heating; Centralized heating pipe network; Optimization design; Energy consumption

在城市集中供熱管网系统中，通过合理的规划和设计，可以提高供热系统的效率，降低能源消耗，减少环境污染。通过科学的管网布局，可以最大限度地缩短供热管道的长度，降低传热损失，提高能源利用效率。优化供热管网的管径和材料选择，可以减小管道的阻力，提高流体运行效果，从而降低能耗。此外，采用先进的监测技术和控制系统，可以实时监测供热管网的运行状态，及时调整供热水温、流量等参数，达到精确供热的目的。

1  城市集中供热管网的优势

•   供热质量高

城市集中供热管网能够确保供热质量的稳定和一致性。由于采用中央供热系统，供热源集中于一处，并通过管网将热能传输到各个用户，避免了分散供热过程中可能出现的能量损失和质量不稳定问题。这种集中供热方式能够提供持续稳定的供热温度和压力，不受季节变化和气候条件的影响，确保用户获得舒适的供热环境。城市集中供热管网具有监控和维护便捷的优势。通过建立智能化的监测系统，可以实时监测供热网络中的各种参数，这种集中的监控和维护机制可以大大提高供热系统的可靠性和稳定性，减少供热故障对用户的影响。城市集中供热管网能够实现资源的合理利用和能源的节约。在集中供热系统中，利用高效的供热设备和技术，可以将能源转化为热能并传输到用户，避免了分散供热方式中燃煤、燃气等传统能源的浪费和污染[1]。通过采用先进的节能技术，如余热利用、能量回收等，可以最大限度地提高能源利用效率，降低能源消耗和环境污染。

•   减少空气污染

集中供热管网采用了高效环保的能源转化技术，如燃煤、发电厂余热、生物质能等，使得能源利用更加充分。相较于分散供热方式中使用的小型燃煤锅炉，集中供热系统中的大型锅炉在燃烧过程中可以更加完全地燃尽煤炭，减少燃烧废气的排放，从而降低对空气的污染。

集中供热管网通过建设完善的排放治理设施，对锅炉燃烧产生的废气进行有效净化处理。这些设施包括颗粒物捕集器、脱硫装置、脱硝设施等。通过严格的排放标准和监管机制，集中供热系统能够有效降低二氧化硫、氮氧化物等有害气体的排放量，改善了城市空气质量。

• 自动化程度高

城市集中供热管网利用先进的传感技术和自动控制系统，能够实时监测和调节供热设备的运行状态。通过精确的数据采集和分析，系统可以自动调整供热水温、流量以及供热设备的运转。这种自动化程度使得供热系统能够根据室内外温度变化、用户需求等因素进行智能化调节，达到节能、环保的目标。

城市集中供热管网的自动化程度使得供热管理更加便捷。系统可以远程监控和控制供热设备的运行，减少了人工巡检和维护的需求。同时，自动化的报警和故障检测功能能够及时发现和解决供热系统的问题，提高了供热的可靠性和安全性[2]。

城市集中供热管网的自动化程度还能够提供更多的服务和便利。例如：通过智能化的用户管理系统，居民可以方便地查询和调整自己的供热需求，实现个性化的温控。同时，自动化的计量系统也可以准确地记录每户用户的供热用量，实现公平计费和节能监测。

2  城市集中供热管网设计问题

2.1  管网布局不合理

2.1.1 管网布局不合理导致热能传输效率低下

在一些城市中，供热管网的布置过于分散，管道长度增加，热能传输距离加长，导致能量损失增大。这不仅浪费了大量的能源，也使用户在使用过程中感受到热力不均衡的问题。合理的管网布局应该考虑热负荷集中的区域，减少管道长度，提高能源利用率，同时降低用户的供热成本。

2.1.2 管网布局不合理会造成运维困难

如果供热管道的布局过于复杂，交叉纠缠，将增加管道的维护和管理难度；当发生管道事故或者维修时，人工定位和处理问题将变得非常困难，增加了维修的时间和成本。因此，在管网设计中应该注重优化布局，尽可能减少交叉和错综复杂的管道，便于运维管理人员的操作和维护工作。

2.2  凝结水问题

凝结水指的是在管道内部形成的水蒸气冷凝后产生的液态水。由于管道中的热传递，热能会通过管壁传导到周围环境，导致管道表面温度降低。当管道表面温度低于空气中的露点温度时，水蒸气就会在管道表面冷凝成水滴。这些水滴会不断积聚，在管道内形成凝结水[3]。

2.2.1 凝结水问题面临的挑战或凝结水问题的影响

首先是污染问题。凝结水通常携带着一定量的杂质和腐蚀性物质，这些物质会对管道和设备造成损害。其次是能量损失。凝结水的形成意味着热能的损失，这会导致供热效率下降，增加了供热系统的运行成本。此外，凝结水的积聚还会影响管道的流量和热交换效果，进一步降低供热系统的性能。

2.2.2 解决措施

为了解决凝结水问题，需要采取一系列措施。首先是加强管道的保温设计，提高管道表面温度，降低凝结水形成的可能性。其次是对供热管网进行良好的水处理，去除水中的杂质和腐蚀性物质，减少污染对管道的损害。此外，还可以通过增加排放口、设置倾斜管段等方式，引导凝结水自然排出，减少积聚。同时，定期进行清洗和维护，及时清理管道内的凝结水，保持供热系统的正常运行。

2.3  供热管道保温层问题

2.3.1 供熱管道保温层的厚度不均匀

对于长距离输送热能的供热管道来说，保温层的厚度应当是按照设计要求进行施工，以保证整个管道的保温性能。然而，在实际施工中，由于施工质量控制不到位或者其他因素，保温层的厚度会出现差异，导致部分区域热能损失过大，影响供热效果[4]。

2.3.2 供热管道保温层的材料选择

常见的保温材料包括聚氨酯泡沫、硅酸盐保温板等，这些材料具有良好的保温性能和耐候性。然而，在实际应用中，部分施工单位可能为了节约成本而选择劣质的保温材料，导致保温层的性能不达标，无法满足供热管道的保温需求，进而造成能量的损失。

2.3.3 供热管道保温层的维护

由于保温层处在管道表面，容易受到外界环境的影响，如雨水、日晒等。长时间的自然暴晒和恶劣天气条件可能导致保温层的老化、脱落或破损，进而影响供热管道的保温效果。因此，定期对供热管道的保温层进行检查和维护是至关重要的。

3  城市集中供热管网设计优化措施

3.1  合理设计管网布局和管线走向

3.1.1 合理设计官网布局

在管网布局上，应根据城市的地形、用能需求和建筑密度等因素进行科学规划。通常情况下，可以采用“环路+支线”方式，即在城市主干道周边建设环形主干道，然后再延伸出各个支线管道连接到具体的用户。这种布局有利于降低管网阻力、提高供热效率，并且具有较好的容错能力。

3.1.2 管线走向遵循原则

（1）最短距离原则：尽量选择最短的路径连接供热站和用户，减少能源输送过程中的能量损失。同时，应考虑管线与其他基础设施（如水、电、通信等）的交叉干扰问题，避免不必要的管线冲突和重复建设。

（2）利用地下空间：优先考虑利用地下空间敷设管线，减少对地面的占用和对城市景观的影响。地下敷设还能提高供热系统的安全性和稳定性。

（3）考虑未来发展：在设计管网布局时，应预留一定的余地和扩展空间，以适应城市未来发展和能源需求的变化。可以设置预留管道段或者采取分段建设的方式，确保供热系统具备良好的可拓展性和升级能力。

（4）用户需求优先：根据用户集中度和供热需求量，合理安排管网走向。一般而言，可优先考虑供热需求较大的区域，避免管网过度集中或者过度分散造成供热不均衡的问题。

3.2  供热管道凝结水问题的解决

3.2.1 合理设计供热管网结构

应充分考虑管道斜度和排放口设置，以便凝结水能够顺利排出。管道的斜度可以通过科学计算得出，保证凝结水能够沿着管道自然流动，并集中排出。同时，在安装供热管网时，应设置足够数量的排放口，方便凝结水的排放和清除。

3.2.2 加强管网维护管理

定期检查和清理供热管网是预防凝结水问题的有效手段。通过定期巡检，及时发现管道内部的凝结水积聚情况，并采取相应的清理措施。清理凝结水可以采用物理、化学方法，如高压水冲洗、化学除垢等，以保持管道的畅通。

3.2.3 热力站的控制系统升级

通过引入先进的控制系统和自动化技术，可以更好地监测和调整供热管网的运行状态。控制系统可以实时监测管道温度、流量等参，并根据需要进行自动调节。通过合理的调节，可以减少凝结水的生成，从而降低凝结水问题的发生概率[5]。

3.3  供热管网的管径及平面布置

3.3.1  供热管网的管径选择

管网管径的选择需考虑到供热管网的输热性能和输配热负荷。一般来说，主干管采用较大的直径以提高流量和减小水力损失；次干管和末端支管采用适当的径以满足局部热负荷，并避免过大的网络流通能力损失。此外，还应考虑管道的质和厚度，以确保安全使用和耐久性。

3.3.2 供热管网的平面布置

在管网平面布置方面，应遵循一定的原则。首先，需要考虑管道敷设的路径和周围环境条件，如道路交叉口、建筑物布局、绿化带等因素，避免对城市交通和景观造成不必要的影响。其次，根据热负荷的分布和供热区域的特点，合理划分供热子区，每个子区内的管网布局要简洁、紧凑，减少管道长度和冷却损失。最后，要考虑供热管网的可操作性和维护性，合理设置检修孔、排气阀、阀门等设施，方便工作人员进行日常巡查和维修。

4  结语

通过城市供热管网的优化设计，能够有效提高供热系统的效率，确保能源资源得到最大程度的利用。合理的管网布局，能够减少热量传输过程中的损失，降低热能消耗，从而减少能源浪费和环境負担。同时优化设计能够提升供热服务的质量和可靠性。通过合理选择管道材料、布设方式和参数配置，能够减少故障和维修频率，降低用户用热不足或过剩的风险，提升供热的稳定性和舒适度。此外，优化设计还可以促进城市的可持续发展。通过推广清洁能源利用和采用智能控制技术，可以降低碳排放和污染物的释放，改善空气质量，提升城市环境品质和居民生活质量。

参考文献

[1]屠丽娟，周恩泽，丁雪峰，等.供热管网系统控制方案及其模糊评价[J].现代电子技术，2021（19）：105-108.

[2]刘向东.潍坊市中心城区供热现状与发展研究[J].建设科技，2020（2）：66-69.

[3]张冬至.解决供热管网末端用户不热问题的方法研究[J].中国住宅设施，2020（1）：98-99.

[4]王森.影响供热管网工程质量因素及控制措施分析[J].山西建筑，2020（15）：108-109.

[5]王婷婷，苏红乡.波纹补偿器在城镇供热管网设计中的选型及计算分析[J].中国建筑金属结构，2020（9）：66-67，71.

[6]刘煜，陈继志，郑霏，等.城镇供热管网波纹管腐蚀失效及预防措施研究现状[J].材料开发与应用，2022，37（1）：84-91.